[发明专利]一种水系连通数学模型的构建方法

说明书

本发明公开一种水系连通数学模型的构建方法，先构建一维河网水沙数学模型基本方程，具体包括水流连续方程、水流运动方程、泥沙连续方程、河床变形方程、河网汊点连续方程和河网汊点运动方程；再构建二维数学模型，用来模拟忽略分层的二维自由表面流的水位及水流变化，其利用ADI二阶精度的有限差分法对动态流的连续方程和动量守恒方程求解。应用本发明的技术方案，能验证不同流量级下洞庭湖区域的水位，计算水位相对误差的平均值；由于本模型未考虑降雨、蒸发、周围农田灌溉取水以及居民生活用水等自然或人为因素的干扰，计算值与实测值存在有一定的误差，但计算值与实测值总体吻合情况较好，可用于洞庭湖区域的水动力计算。

技术领域

本发明涉及河道整治、水环境治理和水生态修复领域，特别是涉及一种水系连通数学模型的构建方法。

背景技术

河湖水系连通工作的主要目标是：通过10～20年的努力，以水资源紧缺、水生态脆弱和水环境恶化等地区为重点，逐步构建国家、区域、城市层面布局合理、功能完备、工程优化、保障有力的河湖水系连通格局，水资源统筹调配能力、供水安全保障能力、防洪除涝减灾能力、水生态环境保护能力和应急保障能力得到明显提高。

河湖水系连通的工作重点：一是着力突出水资源配置、防洪减灾、水生态环境修复与保护等不同类型河湖水系连通的功能要求，二是准确把握东部、中部、西部、东北地区河湖水系连通的区域特点，三是注重国家、区域、城市和农村等不同层面的连通特征。

洞庭湖区位于长江中游荆江南岸，跨湘、鄂两省。湖盆周长为803.2公里。当前针对某个水系连通工程开展水动力的数值模拟已较成熟，但是对于洞庭湖区自然水系、人工渠道以及闸坝群组成的复杂河网，尚缺少一套能够综合可视化、可移植和快速计算等需求的水文、水动力、水质要素的数值模型，因此，实际应用中遇到的水系连通工程规划、工程实施过程监控及水系连通实施前后对比评价等问题。

发明内容

本发明提供一种水系连通数学模型的构建方法，具体技术方案如下：

一种水系连通数学模型的构建方法，包括以下步骤：

构建一维河网水沙数学模型基本方程，具体包括水流连续方程、水流运动方程、泥沙连续方程、河床变形方程、河网汊点连续方程和河网汊点运动方程：

水流连续方程：

水流运动方程：

泥沙连续方程：

河床变形方程：

汊点处连续性方程：

汊点处运动方程，一般用汊点处各汇流河段端点水位相同作为近似，即：

Z_m，1＝Z_m，2＝…＝Z_m，L(m)＝Z_m m＝1，2，…，M  6)；